RU2074247C1

RU2074247C1 - Installation for stabilization of juices and wines

Info

Publication number: RU2074247C1
Application number: RU94036020A
Authority: RU
Inventors: О.И. Квасенков
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт консервной и овощесушильной промышленности
Priority date: 1994-09-27
Filing date: 1994-09-27
Publication date: 1997-02-27

Abstract

FIELD: making of grape beverages, juices and wine. SUBSTANCE: installation comprises perforated and porous drums installed coaxially in housing one in the other with a possibility of contrary rotation on hollow drive shafts; perforated stator with swirls in perforation holes, and embraced perforated drum which holes are made in the form of ultrasonic nozzles and disposed with stator holes in the same plane; source of liquid carbon dioxide connected with clearance between housing and perforated drum; reservoir for unstable raw materials and outgoing residue connected with contrary ends of ring passage formed by drums; reservoir for stable raw materials connected with perforated drum cavity through hollow shaft. EFFECT: higher efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для стабилизации виноградных соков и вин от выпадания кристаллического осадка винного камня в процессе хранения. The invention relates to equipment for stabilizing grape juices and wines from precipitation of a crystalline precipitate of tartar during storage.

Известна установка для стабилизации соков и вин, содержащая установленные в корпусе с возможностью противолежащего вращения на полых приводных валах перфорированный и пористый барабаны, перфорированный барабан установлен в корпусе с образования зазора, пористый барабан установлен в полости перфорированного с образованием кольцевого канала, а также связанный с зазором источник жидкой двуокиси углерода, соединенные с противоположными концами кольцевого канала через полый вал емкость для нестабильного сырья и емкость для отводимого осадка, и емкость для стабильного сырья, связанную через полый вал с полостью пористого барабана (патент РФ N 2000067, кл. A 23 L 2/30, 1993). A known installation for stabilizing juices and wines, comprising perforated and porous drums installed in the housing with the possibility of opposite rotation on hollow drive shafts, a perforated drum is installed in the housing with the formation of a gap, a porous drum is installed in the perforated cavity with the formation of an annular channel, and also associated with the gap a liquid carbon dioxide source connected to opposite ends of the annular channel through a hollow shaft, a container for unstable raw materials and a container for discharge cage, and a container for stable raw materials, connected through a hollow shaft with a cavity of a porous drum (RF patent N 2000067, CL A 23 L 2/30, 1993).

Недостатками этой установки являются получение мелкодисперсного осадка винной кислоты и ее солей, которые трудноотделимы от стабильного сырья, и экстенсивность охлаждения сырья в процессе обработки. The disadvantages of this installation are to obtain a finely divided precipitate of tartaric acid and its salts, which are difficult to separate from stable raw materials, and the extensive cooling of the raw material during processing.

Задача изобретения обеспечение интенсификации теплообмена и увеличение размеров кристаллов осадка путем их коагуляции при увеличении энергоемкости генерируемых в сырье ультразвуковых колебаний. The objective of the invention is to provide intensification of heat transfer and an increase in the size of precipitate crystals by coagulation with an increase in the energy intensity of ultrasonic vibrations generated in the feed.

Задача решается тем, что установка для стабилизации соков и вин, содержащая соосно установленные в корпусе с возможностью противоположного вращения на полых приводных валах перфорированный и пористый барабаны, перфорированный барабан установлен в корпусе с образованием зазора, пористый барабан установлен в полости перфорированного с образованием кольцевого канала, а также связанный с зазором источник жидкой двуокиси углерода, соединенные с противоположными концами кольцевого канала через полый вал емкость для нестабильного сырья и емкость для отводимого осадка, емкость для стабильного сырья, связанную через полый вал с полостью пористого барабана, согласно изобретению, снабжена установленным в зазоре между корпусом и перфорированным барабаном в зоне контакта с последним перфорированным статором, отверстия перфорации которого снабжены завихрителями и выполнены с отверстиями перфорации барабана в одинаковых плоскостях по соосным окружностям с неравным и некратным окружным шагом, при этом отверстия перфорации барабана выполнены в виде сверхзвуковых сопел. The problem is solved in that the installation for stabilizing juices and wines, containing perforated and porous drums coaxially mounted in the housing with the possibility of opposite rotation on the hollow drive shafts, the perforated drum is installed in the housing with the formation of a gap, the porous drum is installed in the perforated cavity with the formation of an annular channel, as well as a source of liquid carbon dioxide associated with the gap, connected to opposite ends of the annular channel through a hollow shaft, a container for unstable raw materials and a container for discharge of sediment, a container for stable raw materials connected through a hollow shaft with a cavity of a porous drum, according to the invention, is provided with a perforated stator installed in the gap between the housing and the perforated drum, the perforation holes of which are provided with swirlers and are made with holes for perforating the drum in the same planes along coaxial circles with an unequal and non-multiple circumferential pitch, while the perforation holes of the drum are made in the form of supersonic nozzles.

Это позволяет увеличить размеры кристаллов винной кислоты и ее солей и интенсифицировать охлаждение сырья. This allows you to increase the size of the crystals of tartaric acid and its salts and to intensify the cooling of raw materials.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемой установки; на фиг.2 показан фрагмент 1 фиг.1; на фиг.3 разрез А-А на фиг.1. In FIG. 1 shows a diagram of the proposed installation; figure 2 shows a fragment 1 of figure 1; figure 3 section aa in figure 1.

Установка для стабилизации соков и вин содержит установленные в корпусе 1 соосно с возможностью противоположного вращения на полых приводных валах 2 и 3 перфорированный 4 и пористый 5 барабаны, перфорированный барабан 4 установлен в корпусе 1 с образованием зазора 6, в котором в зоне контакта с барабаном 4 размещен перфорированный статор 7, пористый барабан 5 установлен в полости перфорированного барабана 4 с образованием кольцевого канала 8, а также связанный с зазором 6 источник 9 жидкой двуокиси углерода, соединенные с противоположными концами кольцевого канала 8 через полый вал 2 емкость 10 для нестабильного сырья и емкость 11 для отводимого осадка, и емкость 12 для стабильного сырья, связанную через полый вал 3 с полостью пористого барабана 5. Отверстия перфорированного барабана 4 выполнены в виде сверхзвуковых сопел 13 в одинаковых плоскостях по соосным окружностям с отверстиями 14 статора 7 с неравным и некратным окружным шагом, причем последние снабжены завихрителями 15. The apparatus for stabilizing juices and wines contains perforated 4 drums 4 and porous 5 drums mounted in the housing 1 coaxially with the possibility of opposite rotation on hollow drive shafts 2 and 3, the perforated drum 4 is installed in the housing 1 with the formation of a gap 6, in which in the contact zone with the drum 4 a perforated stator 7 is placed, a porous drum 5 is installed in the cavity of the perforated drum 4 with the formation of an annular channel 8, as well as a liquid carbon dioxide source 9 connected to the gap 6, connected to opposite ends the annular channel 8 through the hollow shaft 2, the container 10 for unstable raw materials and the tank 11 for discharged sludge, and the tank 12 for stable raw materials, connected through the hollow shaft 3 with the cavity of the porous drum 5. The holes of the perforated drum 4 are made in the form of supersonic nozzles 13 in the same planes along coaxial circles with holes 14 of the stator 7 with an unequal and non-multiple circumferential pitch, the latter provided with swirlers 15.

Установка работает следующим образом. Installation works as follows.

Нестабильное сырье из емкости 10 через полый вал 2 поступает в кольцевой канал 8 на внутреннюю поверхность перфорированного барабана 4. Вращение последнего на полом валу 2 приводит к распределению сырья по его внутренней поверхности в виде пленки, текущей в поле центробежных сил. Одновременно из источника 9 в зазор 6 подают жидкую двуокись углерода. При совпадении отверстий 14 статора 7 со сверхзвуковыми соплами 13 перфорированного барабана 4 жидкая двуокись углерода закручивается завихрителями 15 и поступает в пленку нестабильного сырья, достигая в соплах 13 сверхзвуковой скорости. В результате увеличения скорости истечения и адиабатного расширения в соплах 13 двуокись углерода частично переходит в газовую фазу с поглощением теплоты. Сверхзвуковое истечение закрученного потока двуокиси углерода из сопел 13 приводит к турбулентному срыву струи на выходе из них, особенно интенсивному при перекрытии сопел 13 статором 7, и регулярным скачкам уплотнения газовой фазы в пленке сырья. В результате происходит образование и схлопывание кавитационных полостей с генерированием колебаний давления ультразвуковых частот. Кроме того, при падении давления в двуокиси углерода происходит диспергирование оставшейся части жидкой фазы и ее переход в твердое фазовое состояние с образованием мелкодисперсных кристаллов, частично испаряющихся в пленке сырья с поглощением теплоты и генерированием акустических колебаний давления при образовании газовой фазы. Поток газовой фазы двуокиси углерода из сопел 13 при закручивании завихрителями 16 имеет бочкообразную форму и создает регулярные скачки уплотнения со сверхзвуковой частотой до диспергирования газовой фазы с образованием отдельных пузырьков. Далее пузырьки газовой фазы и мелкодисперсная твердая фаза двуокиси углерода всплывают в пленке сырья, осуществляя ее механическое перемешивание. Всплытие пузырьков газовой фазы под действием силы Архимеда при противодействии поля центробежных сил и сил трения приводят к образованию в самых пузырьках тороидальных потоков и пульсациям объема в поле колебаний давления. Это приводит к интенсификации обновления поверхности контакта фаз и уменьшению толщины пограничного ламинарного слоя. При характерных для данного устройства числах Рейнольдса, равных 10²-10³, осредненные по времени числа Нуссельта равны 50 80. При такой интенсивности теплообмена резкое охлаждение сырья приводит к резкому падению растворимости в нем винной кислоты и ее солей, выпадающих в осадок из пересыщенного раствора с нарастанием кристаллов на центрах кристаллизации в виде мелкодисперсной твердой фазы двуокиси углерода. Полученная таким образом суспензия кристаллов винной кислоты и ее солей в стабилизируемом сырье коагулируется в поле высокоэнергетических ультразвуковых колебаний и разделяется на фазы при прохождении жидкой фазы стабилизированного сырья через пористый барабан 5 в полость вала 3 и ее выходе в емкость 12 для стабильного сырья. Фильтруемая на пористом барабане 5 твердая фаза кристаллического осадка сбрасывается в поле центробежных сил вращаемого на валу 3 барабана 5 в кольцевой канал 8, из которого по мере накопления и коагуляции она выводится через него в емкость 11 для отводимого осадка. Увеличение энергоемкости ультразвуковых колебаний повышает размеры частиц кристаллического осадка за счет их более интенсивной коагуляции, что позволяет более надежно отделять осадок от стабильного сырья при уменьшении вероятности забивания пор барабана 5 мелкокристаллической фракции осадка.Unstable raw materials from the tank 10 through the hollow shaft 2 enters the annular channel 8 on the inner surface of the perforated drum 4. The rotation of the latter on the hollow shaft 2 leads to the distribution of raw materials on its inner surface in the form of a film flowing in the field of centrifugal forces. At the same time, liquid carbon dioxide is supplied from the source 9 to the gap 6. When the holes 14 of the stator 7 coincide with the supersonic nozzles 13 of the perforated drum 4, the liquid carbon dioxide is twisted by the swirlers 15 and enters the film of unstable raw materials, reaching supersonic speed in the nozzles 13. As a result of an increase in the outflow velocity and adiabatic expansion in the nozzles 13, carbon dioxide partially passes into the gas phase with the absorption of heat. The supersonic outflow of the swirling flow of carbon dioxide from the nozzles 13 leads to a turbulent disruption of the jet at the exit from them, which is especially intense when the nozzles 13 are blocked by the stator 7, and to regular jumps in the compaction of the gas phase in the film of raw materials. The result is the formation and collapse of cavitation cavities with the generation of pressure oscillations of ultrasonic frequencies. In addition, when the pressure in carbon dioxide drops, the remaining part of the liquid phase disperses and becomes solid phase with the formation of finely dispersed crystals, partially evaporating in the film of raw materials with the absorption of heat and the generation of acoustic pressure oscillations during the formation of the gas phase. The flow of the gas phase of carbon dioxide from the nozzles 13 when twisted by swirls 16 has a barrel-shaped shape and creates regular shock waves with supersonic frequency until the gas phase disperses with the formation of individual bubbles. Next, the bubbles of the gas phase and the finely divided solid phase of carbon dioxide float in the film of raw materials, carrying out its mechanical mixing. The bubbling of the gas phase bubbles under the action of the Archimedes force during the counteraction of the field of centrifugal and friction forces leads to the formation of toroidal flows in the bubbles themselves and volume pulsations in the field of pressure fluctuations. This leads to an intensification of the renewal of the contact surface of the phases and a decrease in the thickness of the boundary laminar layer. With Reynolds numbers typical for this device equal to 10 ² -10 ³ , the time-averaged Nusselt numbers are 50 80. With this heat transfer rate, a sharp cooling of the feed leads to a sharp decrease in the solubility of tartaric acid and its salts precipitating from a supersaturated solution with the growth of crystals at crystallization centers in the form of a finely divided solid phase of carbon dioxide. The thus obtained suspension of tartaric acid crystals and its salts in a stabilized feed is coagulated in the field of high-energy ultrasonic vibrations and is divided into phases during the passage of the liquid phase of the stabilized feed through the porous drum 5 into the cavity of the shaft 3 and its output into the container 12 for stable feed. Filtered on a porous drum 5, the solid phase of the crystalline precipitate is discharged into the annular channel 8 in the field of centrifugal forces of the drum 5 rotated on the shaft 3, from which, as it accumulates and coagulates, it is discharged through it into the container 11 for the removed sediment. An increase in the energy intensity of ultrasonic vibrations increases the particle size of the crystalline precipitate due to their more intensive coagulation, which allows more reliable separation of the precipitate from stable raw materials while reducing the likelihood of clogging of the pores of the drum 5 of the fine crystalline precipitate fraction.

Предлагаемая установка позволяет за счет увеличения энергоемкости генерируемых ультразвуковых колебаний интенсифицировать охлаждение сырья и увеличить размеры частиц отделяемого осадка, что повышает надежность стабилизации сырья и отделения осадка. The proposed installation allows, by increasing the energy intensity of the generated ultrasonic vibrations, to intensify the cooling of raw materials and increase the particle size of the separated sediment, which increases the reliability of stabilization of raw materials and separation of sediment.

Claims

Installation for stabilizing juices and wines, containing perforated and porous drums installed in the housing with the possibility of opposite rotation on hollow drive shafts, one of which is perforated, installed in the housing with the formation of a gap, and porous installed in the cavity of the perforated drum with the formation of an annular channel associated with gap, a source of liquid carbon dioxide, connected to opposite ends of the annular channel through a hollow shaft, a container for unstable raw materials and a tank for discharged sludge a, a container for stable raw materials connected through a hollow shaft with a cavity of a porous drum, characterized in that it is provided with a perforated stator installed in the gap between the housing and the perforated drum, in the perforation holes of which there are swirlers, the axes of the perforation holes the stator is placed with holes for perforating the drum in one plane along coaxial circles with an unequal and non-multiple circumferential pitch, and holes for perforating the drum are made in the form of supersonic nozzles.